(57)【要約】【課題】より精度の高い歪補償制御を行うことができ、無線特性の改善や、更なる低消費電力化を実現することができる歪補償増幅装置を提供する。【解決手段】電力測定器により入力電力を測定し（Ｓ４０１）、測定した入力電力値に応じた歪補償テーブルのダイナミックレンジを決定し（Ｓ４０２）、測定した入力電力値に応じた利得・位相制御を行い（Ｓ４０３）、測定した入力電力値に応じた電力増幅器１０５のバイアス制御を行う（Ｓ４０４）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号のレベルを検出する信号レベル検出部と、
前記入力信号を歪ませるプリディストーション部と、
前記プリディストーション部によって歪まされた前記入力信号を増幅する増幅部と、
前記入力信号のレベルに応じて、前記プリディストーション部の制御を行う歪補償制御部と
を備え、
前記入力信号のレベルに応じて、前記歪補償制御部のダイナミックレンジを変更する
プリディストーション方式歪補償増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波の歪補償増幅装置に関し、特に、移動通信の無線基地局などに用いられるプリディストーション方式歪補償増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式などを採用した移動通信システムの無線基地局等に用いられる増幅装置には、低歪性、高効率性が要求されている。このような特性を実現するための技術のひとつとして、アダプティブプリディストーション方式（以下、ＡＰＤ方式という）歪補償技術が知られている。
【０００３】
特開２００３−２５８５６３号公報には、低出力レベル時（例えば、深夜などの低トラフィック時）には、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ：Adjacent Channel Leakage power Ratio）などの無線規格に対してマージンがあることに着目して、入力電力値を監視し、低出力レベル時に電力増幅器のバイアス制御を行って、低消費電力化を実現するＡＰＤ方式歪補償増幅装置が開示されている。
【０００４】
しかしながら、このようなＡＰＤ方式歪補償増幅装置では、バイアス制御を行う結果、バイアス制御をしない場合には線形特性を示していた出力レベルの低い領域においても、非線形歪が発生するようになり、期待通りの特性が得られない場合がある。
【０００５】
なお、特開２００４−１２０４５１号公報には、増幅器で発生する歪を相殺する補正において、所定の補正量が保たれなくなった場合においても、プリディストーション前の信号を減衰させて歪補償後に残る歪の成分を所定のレベル以下に低減させることによって、スプリアスとなって他の電波に妨害を与えてしまう等の悪影響を与えてしまうような大きな歪成分を出力することなく、運用を継続することができるＡＰＤ方式歪補償増幅器が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５８５６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、より精度の高い歪補償制御を行うことができ、無線特性の改善や、更なる低消費電力化を実現することができる歪補償増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るプリディストーション方式歪補償増幅装置は、入力信号のレベル（例えば、電力や振幅）を検出する信号レベル検出部と、前記入力信号を歪ませるプリディストーション部と、前記プリディストーション部によって歪まされた前記入力信号を増幅する増幅部と、入力信号のレベルに応じて、前記プリディストーション部の制御を行う歪補償制御部とを備え、前記入力信号のレベルに応じて、前記歪補償制御部のダイナミックレンジを変更することを特徴とする。
【０００８】
この場合において、前記入力信号のレベルに応じて、前記増幅部のバイアスの制御を行うバイアス制御部や、バイアス制御に応じてプリディストーション前の信号を減衰させる減衰器あるいはリミッタを、更に備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より精度の高い歪補償制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
≪第一実施形態≫
【００１２】
まず、無線信号入力によるＡＰＤ方式を採用した場合の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、無線信号入力によるＡＰＤ方式を採用した場合の本発明による増幅装置の構成を示す図である。同図に示すように、本発明による増幅装置１００は、遅延回路１０２と、利得制御回路１０３と、位相制御回路１０４と、電力増幅器１０５と、電力測定器１１０と、データ処理部１２０と、局部信号発生器１３１と、乗算回路１３２と、歪検出回路１３３と、Ａ／Ｄ変換器１３４と、Ｄ／Ａ変換器１５１〜１５３と、記憶回路１６１〜１６３とを備える。また、電力測定器１１０は、対数増幅器（ＬＯＧ ＡＭＰ）１１１と、Ａ／Ｄ変換器１１２とを備える。
【００１４】
次に、以上のような構成を有する増幅装置１００の動作について説明する。
【００１５】
入力端子１０１より入力された無線信号は、遅延回路１０２により遅延され、利得制御回路１０３によりレベル制御され、位相制御回路１０４により位相制御をされた後に、電力増幅器１０５にて増幅されて出力される。増幅装置１００から出力された無線信号は、例えば、アンテナを介して移動局に送信される。
【００１６】
入力端子１０１より入力された無線信号はまた、電力測定器１１０にも入力される。電力測定器１１０では、入力された無線信号を対数増幅器１１１により増幅した後に、増幅結果をＡ／Ｄ変換器１１２によりディジタル値に変換し、変換結果を、入力された無線信号の電力値として、データ処理部１２０に出力する。
【００１７】
データ処理部１２０は、電力測定器１１０によって得られた電力値に基づいて、記憶回路１６１への読み出しアクセスを行う。記憶回路１６１には、利得制御用の制御値が、電力値に対応付けて（例えば、電力値に対応するアドレスに）記憶されている。記憶回路１６１から読み出された制御値は、Ｄ／Ａ変換器１５１によりアナログ値に変換されて、利得制御回路１０３に供給される。利得制御回路１０３は、与えられた制御値に基づいて、信号のレベル制御を行う。
【００１８】
同様に、データ処理部１２０は、電力測定器１１０によって得られた電力値に基づいて、記憶回路１６２への読み出しアクセスを行う。記憶回路１６２には、位相制御用の制御値が、電力値に対応付けて記憶されている。記憶回路１６２から読み出された制御値は、Ｄ／Ａ変換器１５２によりアナログ値に変換されて、位相制御回路１０４に供給される。位相制御回路１０４は、与えられた制御値に基づいて、信号の位相制御を行う。
これらのレベル制御および位相制御は、無線信号の帯域幅に相当する周波数と同程度か、それ以上の速度で行われる。
【００１９】
また、電力増幅器１０５から出力された信号は、乗算回路１３２に入力され、局部信号発生器１３１によって発生された局部周波数信号と乗算（混合）される。当該乗算結果は、歪検出回路１３３により帯域制限、検波および平滑化され、Ａ／Ｄ変換器１３４によりディジタル値に変換された後、データ処理部１２０に取り込まれる。なお、歪検出回路１３３における通過帯域は、電力増幅器１０５における非線形歪により発生する帯域外スペクトル成分を通過させるためのものである。また、局部信号発生器１３１は、かかる帯域外スペクトル成分を検出することができるような周波数の信号を発生するようにデータ処理部１２０によって制御される。
【００２０】
データ処理部１２０は、歪検出回路１３３で検出された歪みのレベル、すなわち電力増幅器１０５における非線形歪により発生した帯域外スペクトル成分を最小にするようなアルゴリズムに従って動作する。具体的には、データ処理部１２０は、電力増幅器１０５における非線形歪による影響を最小化するように、記憶回路１６１，１６２に記憶される制御値を試行錯誤的に決定・更新する。
この決定・更新の動作は、前述のレベル制御や、位相制御などに比べて、ずっと遅くてよい。
【００２１】
更に、データ処理部１２０は、電力測定器１１０によって得られた電力値に基づいて、記憶回路１６３への読み出しアクセスを行う。記憶回路１６３には、電力増幅器１０５のバイアス制御用の制御値が、電力値に対応付けて記憶されている。バイアス制御用の制御値は、例えば、電力増幅器１０５において発生する歪のレベルが、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）の規格を満足する範囲内に収まり、かつ、電力増幅器１０５で消費される電力が少なくなるような制御値が選択される。記憶回路１６３から読み出された制御値は、Ｄ／Ａ変換器１５３によりアナログ値に変換されて、電力増幅器１０５に供給される。電力増幅器１０５は、与えられた制御値に基づいて、信号の増幅を行う。
例えば、制御値に対応する電圧ないし電流を、トランジスタのゲートないしベースに印加する。
【００２２】
図２は、電力増幅器１０５のバイアス値及び消費電流の変化の様子を示すグラフである。同図において、グラフの横軸は電力増幅器１０５の入力電力値を示しており、右側の縦軸は電力増幅器１０５のバイアス値を示しており、左側の縦軸は電力増幅器１０５で消費される電流を示している。
【００２３】
同図に示すように、電力増幅器１０５のバイアス値２０１は、入力電力値が増加するにつれて、階段状に増加するように制御される。すなわち、入力電力値が小さい時は、バイアス値が小さくなるように制御される。具体的には、入力電力値が範囲Ｃにあるときは、電力増幅器１０５のバイアス値はｃとなり、入力電力値が範囲Ｂ（Ｂ＞Ｃ）にあるときは、電力増幅器１０５のバイアス値はｂ（ｂ＞ｃ）となり、入力電力値が範囲Ａ（Ａ＞Ｂ）にあるときは、電力増幅器１０５のバイアス値はａ（ａ＞ｂ）となる。なお、このような入力電力値とバイアス値との対応関係は、前述したように記憶回路１６３に設定される。
【００２４】
また、同図に示すように、電力増幅器１０５のバイアス制御を行うことにより、電力増幅器１０５の消費電流２０２は、範囲Ｃ及び範囲Ｂにおいて、バイアス制御を行わない場合（バイアス値が常に一定（＝ａ）の場合）の消費電流２０３に比べて低くなる。つまり、電力増幅器１０５に関して低消費電力化を実現することができることになる。
【００２５】
なお、ここでは、電力増幅器１０５の入力電力値を３つの範囲Ａ、Ｂ、Ｃに分けて各範囲Ａ、Ｂ、Ｃ毎に電力増幅器１０５のバイアス値を変更するようにしているが、例えば、入力電力値の範囲の区分をより細かくすることにより、より段差が少なく、なだらかな消費電流の制御が可能となる。
【００２６】
また、電力増幅器１０５が複数の増幅素子により構成されている場合は、これら複数の増幅素子のバイアスを一括して制御することにより、制御を簡易化することもできるし、それぞれの増幅素子のバイアスを個別に制御することにより、細かいバイアス制御を可能とすることもできる。
【００２７】
図３は、電力増幅器１０５の入出力特性の逆特性を与える歪補償テーブルをグラフ形式で示した図である。この歪補償テーブルの内容は、記憶回路１６１，１６２に記憶される。このような歪補償テーブルの内容に従った増幅対象信号のレベル制御及び位相制御を利得制御回路１０３及び位相制御回路１０４によって行うことにより、電力増幅器１０５で発生する非線形歪を相殺するような歪が増幅対象信号に付加される。
【００２８】
同図において、横軸は入力振幅を示しており、左側の縦軸は出力振幅を示しており、右側の縦軸は出力位相を示している。そして、同図には、ＡＭ−ＡＭ変換に対応した歪補償特性３０１と、ＡＭ−ＰＭ変換に対応した歪補償特性３０２とが示されている。
【００２９】
なお、歪補償テーブルは、通常、ステップ数をできるだけ多く（細かく）するのが望ましいが、電力測定器１１０のＡ／Ｄ変換器の能力や、価格などの条件に応じて、適当なステップ数が選択される。
【００３０】
ここで、電力増幅器１０５の最大出力電力を１００Ｗとし、歪補償テーブルのステップ数を１０とした場合を考えると、低出力時、例えば、最大出力電力の半分の５０Ｗ出力時は、歪補償テーブルの１０ステップのうち、５ステップしか使用されないことになる。前述したように、低消費電力化のためバイアス制御を行うと、ＡＣＬＲ特性が劣化し、線形な特性を示していた低出力レベルの領域においても非線形歪が発生することになる。そこで、本実施形態では、ＡＣＬＲ特性を改善しつつ、低消費電力化を図るため、電力測定器１１０のダイナミックレンジを変化させる。例えば、前述した場合で考えると、出力１００Ｗを１０ステップで歪補償テーブルを作成していたものを、低出力時には、出力５０Ｗを１０ステップで歪補償テーブルを作成するようにする。その際、１００Ｗ時の５ステップを補間して１０ステップを生成する。このようにすることで、より精度の高い歪補償制御を行うことが可能となる。
大出力時と低出力時の歪補正テーブルは、それぞれ独立に設けてもよく、あるいは、相互に更新される（つまり、片方の更新が、もう片方にも反映される）ようにしてもよく、その場合の反映は、逐次行っても、テーブル切換時に一括して行ってもよい。
【００３１】
図４は、歪補償のダイナミックレンジを変更する処理の流れを示すフローチャートである。
【００３２】
同図に示すように、まず、電力測定器１１０により入力電力を測定し（Ｓ４０１）、測定した入力電力値に応じた歪補償テーブルのダイナミックレンジを決定し（Ｓ４０２）、測定した入力電力値に応じた利得・位相制御を行い（Ｓ４０３）、測定した入力電力値に応じた電力増幅器１０５のバイアス制御を行う（Ｓ４０４）。
【００３３】
以上のような処理を行うことにより、より精度の高い歪補償制御を行うことが可能となる。
なお、バイアス制御およびダイナミックレンジ制御は、図４のように、利得・位相制御と同じ速度で行うものに限らず、（特に、バイアス制御のステップ数が、図２のように少ない場合には）より低速で行ってもよい。
【００３４】
≪第二実施形態≫
【００３５】
次に、ベースバンド信号入力によるＡＰＤ方式（ＤＰＤ方式とも呼ばれる）を採用した場合の実施形態について説明する。
【００３６】
図５は、ベースバンド信号入力によるＡＰＤ方式を採用した場合の本発明による増幅装置の構成を示す図である。なお、同図は、複数のチャネル（具体的には、４つのチャネルＣｈ１〜Ｃｈ４）のベースバンド信号を総和して送信対象とする場合の構成を示している。
【００３７】
同図に示すように、本発明による増幅装置５００は、４つのキャリアオフセット器５７１と、加算回路５７２と、複素乗算部５７３と、Ｄ／Ａ変換器５７４と、直交振幅変調器（ＱＡＭ ＭＯＤ）５７５と、乗算回路５７６と、局部信号発生器５７７と、電力増幅器５０５と、電力測定器５１０と、データ処理部５２０と、記憶回路５６１，５６３と、Ｄ／Ａ変換器５５３と、局部信号発生器５３１と、乗算回路５３２と、帯域通過フィルタ５３３と、Ａ／Ｄ変換器５３４とを備える。また、電力測定器５１０は、対数増幅器（ＬＯＧ ＡＭＰ）５１１と、Ａ／Ｄ変換器５１２とを備える。
【００３８】
次に、以上のような構成を有する増幅装置５００の動作について説明する。
【００３９】
各チャネルのベースバンドＩ／Ｑ信号Ｃｈ１〜Ｃｈ４は、４つのキャリアオフセット器５７１により、互いに周波数がずらされた後に、加算回路５７２により総和される。なお、各キャリアオフセット器５７１や、データ処理部５２０には、キャリアに関する情報（キャリア情報）として、周波数などの情報が入力される。
【００４０】
加算回路５７２によって総和された信号は、複素乗算部５７３により振幅及び位相が制御され、Ｄ／Ａ変換器５７４によりＤ／Ａ変換された後に、直交振幅変調器５７５により変調される。当該変調された信号は乗算回路５７６により、局部信号発生器５７７から出力される局部周波数信号と乗算（混合）されて無線周波数帯の信号とされた後、電力増幅器５０５により増幅されて出力される。増幅装置５００から出力された無線信号は、例えば、アンテナを介して移動局に送信される。
なお、直行振幅変調器５７５が、直接、無線周波数で変調を行う（いわゆるダイレクトコンバージョン）場合には、乗算回路５７６は不要である。
【００４１】
また、加算回路５７２から出力された信号は、電力測定器５１０にも入力される。電力測定器５１０では、入力された信号を、電力計算部５１１により瞬時電力化した後、当該増幅結果をＡ／Ｄ変換器５１２により対数化して、入力された信号の電力値としてデータ処理部５２０へ出力する。
なお、対数変換部５１２は、本実施例に必須な構成ではない。
ｂ  
【００４２】
データ処理部５２０は、第１実施形態と同様に、電力測定器５１０によって得られた電力値に基づいて、複素制御用の記憶回路５６１への読み出しアクセスを行い、記憶回路５６１から読み出された複素制御値は、複素乗算部５７３へ供給される。複素乗算部５７３では、与えられた複素制御値と、加算回路５７２の出力とを複素乗算して出力する。
【００４３】
また、電力増幅器５０５から出力された信号は、乗算回路５３２に入力されて、局部信号発生器５３１によって発生された局部周波数信号と乗算（混合）される。当該乗算結果は、帯域通過フィルタ５３３により帯域制限され、Ａ／Ｄ変換器５３４によりＡ／Ｄ変換された後に、データ処理部５２０へ取り込まれる。なお、帯域通過フィルタ５３３は、電力増幅器５０５における非線形歪により発生する帯域外スペクトル成分を通過させる特性を有する。また、局部信号発生器５３１は、かかる帯域外スペクトル成分を検出することができるような周波数の信号を発生するようにデータ処理部５２０によって制御される。
【００４４】
データ処理部５２０は、帯域通過フィルタ５３３を通過した信号のレベル、すなわち電力増幅器５０５における非線形歪により発生した帯域外スペクトル成分を最小にするようなアルゴリズムに従って動作する。具体的には、データ処理部５２０は、電力増幅器５０５における影響を最小限にするように、制御値を試行錯誤的に決定・更新する。
【００４５】
更に、データ処理部５２０は、第１実施形態と同様にバイアス制御を行う。つまり、電力測定器５１０によって得られた電力値に基づいて、記憶回路５６３への読み出しアクセスを行い、記憶回路５６３から読み出された制御値は、Ｄ／Ａ変換器５５３によりアナログ信号へ変換されて、電力増幅器５０５に供給される。
このとき、電力増幅器５０５に入力されるプリディストーション後の無線信号と、本バイアス制御の制御値とが、同じタイミングになるように遅延が調整される。どちらもディジタル信号の状態で遅延可能なので、同軸遅延線が必要なアナログ無線信号と比べて、容易に構成できる。
【００４６】
また、本実施形態の増幅装置５００においても、第一実施形態と同様に、図４に示したようなダイナミックレンジ制御が行われる。これによって、本実施形態の増幅装置５００においても、第一実施形態と同様に、より精度の高い歪補償制御を行うことが可能となる。
特に、ディジタルの場合、電力計算部に入力されるＩ／Ｑ信号の有効桁の切り出し（スライス）位置を制御すれば、電力検出の精度も最適化することができる。
【００４７】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、入力電力値を監視し、例えば、低出力レベル時（つまり、低入力電力値時）に、電力増幅器のバイアス制御と歪補償テーブルのダイナミックレンジ変更を行うことにより、低消費電力化と、より精度の高い歪補償制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】無線信号入力によるＡＰＤ方式を採用した場合の本発明による増幅装置の構成を示す図である。
【図２】電力増幅器のバイアス値及び消費電流の変化の様子を示すグラフである。
【図３】電力増幅器の入出力特性の逆特性を与える歪補償テーブルをグラフ形式で示した図である。
【図４】本発明による増幅装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】ベースバンド信号入力によるＡＰＤ方式を採用した場合の本発明による増幅装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００    増幅装置
１０１    入力端子
１０２    遅延回路
１０３    利得制御回路
１０４    位相制御回路
１０５    電力増幅器
１１０    電力測定器
１１１    対数増幅器
１１２    Ａ／Ｄ変換器
１２０    データ処理部
１３１    局部信号発生器
１３２    乗算回路
１３３    歪検出回路
１３４    Ａ／Ｄ変換器
１５１〜１５３    Ｄ／Ａ変換器
１６１〜１６３    記憶回路
５００      増幅装置
５０５    電力増幅器
５１０    電力測定器
５１１    電力計算部
５１２    Ａ／Ｄ変換器
５２０    データ処理部
５３１    局部信号発生器
５３２    乗算回路
５３３    帯域通過フィルタ
５３４    Ａ／Ｄ変換器
５５３    Ｄ／Ａ変換器
５６１，５６３    記憶回路
５７１    キャリアオフセット器
５７２    加算回路
５７３    複素乗算部
５７４    Ｄ／Ａ変換器
５７５    直交振幅変調器
５７６    乗算回路
５７７    局部信号発生器
【図１】
2006352635.tif 000003
【図２】
2006352635.tif 000004
【図３】
2006352635.tif 000005
【図４】
2006352635.tif 000006
【図５】
2006352635.tif 000007